CN111835629A - 一种网络数据交互方法及系统、网关 - Google Patents

一种网络数据交互方法及系统、网关 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络数据交互方法,包括:网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令;服务器指令数据包放入网关先进先出队列QueueC;从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包。本发明解决现有技术无法实现与标准通用平台直接对接再次进行转化或二次开发,连接通信网络方式单一,智能家居布线较复杂的问题,实现了用户实时控制设备交互逻辑和主动上行类型设备交互逻辑。

Description

一种网络数据交互方法及系统、网关
技术领域
本发明涉及网关及数据交互领域,尤其涉及一种网络数据交互方法及系统、网关。
背景技术
通信系统可以看作是使得能够实现诸如固定或移动通信设备、基站、服务器和/或其他通信节点的两个或更多实体之间的通信会话的设施。通信系统和兼容通信实体典型地依据给定标准或规范操作,所述标准或规范罗列了与系统关联的各种实体被允许做什么以及这些应如何实现。例如,标准、规范和相关协议可以定义通信设备如何接入通信系统以及应如何在通信设备之间实施通信的各个方面的方式。通信可以承载在有线或无线载体上。
由于lora物理层覆盖范围广,通信稳定性好,而且LoRaWAN协议架构简单,满足大部分物联网应用领域,所以LoRaWAN作为低功耗广域网通信协议,已覆盖多个国家和地区。
在部署LoRaWAN网络时,若遇到无法部署以太网的区域,常规的LoRaWAN网关就会失效。现有市面上的解决方案大多通过网关加3G或4G模块方式扩展LoRaWAN网络,但这将增加额外的运营商通信费用。且对于一些地下室或者偏远山区未完成运营商网络覆盖的区域该方案将不再适用。另外,有些公司通过自主研发基于lora物理层的多跳自组网协议,但这将无法兼容原有的LoRaWAN协议,不适合大范围部署。
因此,解决现有技术无法实现与标准通用平台直接对接再次进行转化或二次开发,连接通信网络方式单一,智能家居布线较复杂的问题是亟需的。
发明内容
本发明提供一种网络数据交互方法及系统、网关,解决现有技术无法实现与标准通用平台直接对接再次进行转化或二次开发,连接通信网络方式单一,智能家居布线较复杂的问题。
本发明实施例提供一种网络数据交互方法,包括:网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令;服务器指令数据包放入网关先进先出队列QueueC;从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包。
优选地,在网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令之后,包括:服务器下行指令缓存在网关先进先出队列QueueA中;当网关接收到终端设备数据包上行后触发网关下行缓存服务器下行指令,端设备上行业务数据到服务器;当网关接收到终端数据包上行后没有触发网关下行缓存服务器下行指令,则终端设备重新发送数据包上行。
优选地,从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包,还包括:若所述下行数据包存在,则继续查询直到队列为空;若所述下行数据包不存在,则弹出所述下行数据包,发送所述下行数据包完成后设置接收超时等待机制。
优选地,若所述下行数据包不存在,则弹出所述下行数据包,发送所述下行数据包完成后设置接收超时等待机制,还包括:在设定的时间段内等待网关接收上行线程接收到ACK后发送的信号,用来终止当前接收超时等待;若网关上行线程接收信息超时等待结束后开始下一次重发,否则发送结束通讯ACK,继续查询队列QueueC的队列头。
优选地,所述信息包括如下任意之一:ACK后发送的信号、设定的时间段。
本发明实施例提供一种网络数据交互系统,包括:网关、服务器、终端设备,所述网关与所述服务器之间使用网络传输层协议TCP/IP,所述网关加入心跳机制;所述网关和终端设备之间使用LoRa扩频技术作为物理层传输技术;所述网关和所述终端设备之间链路层使用LoRaWAN协议结合多线程线程间同步技术实现。
优选地,所述网关和终端设备之间使用LoRa扩频技术作为物理层传输技术,还包括:LoRa扩频因子采用SF=7时信号传输速率最大。
优选地,所述网关和所述终端设备之间链路层使用LoRaWAN协议,还包括:第一线程,用于接收终端设备上行数据包处理;第二线程,用于接收服务器下行指令;第三线程,用于实现从队列QueueC中获取队列头位置的数据包;接收下行数据插入队列线程。
本发明实施例提供一种网关,包括:微处理器单元、SX1278驱动程序、ETH驱动程序、LED驱动程序、UART驱动程序,其特征在于,所述第一线程、第二线程、第三线程、接收下行数据插入队列线程、应用程序接口、LoRaWAN组包。
优选地,所述应用程序接口,包括:LoRa收发接口、MQTT网络数据交互接口、状态指示灯控制接口。
本发明的有益效果如下:
1)本发明解决现有技术无法实现与标准通用平台直接对接再次进行转化或二次开发,连接通信网络方式单一,智能家居布线较复杂的问题。
2)本发明实现了用户实时控制设备交互逻辑和主动上行类型设备交互逻辑。
3)本发明补缺市面上应用lora无线技术的网关的空白,弥补技术不成熟、兼容性、持续拓展性不完美,容易发生停机、无法接收的异常。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1是根据本发明实施例提供一种网络数据交互方法的交互时序图;
图2是根据本发明实施例提供另一种网络数据交互方法的交互时序图;
图3是本发明实施例中提供的一种网络数据交互方法的第一线程程序流程图;
图4是本发明实施例中提供的一种网络数据交互方法的第二线程程序流程图;
图5是本发明实施例中提供的一种网络数据交互方法的第三线程程序流程图;
图6是本发明实施例中提供的一种网关的框架示意图。
具体实施例
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
本发明实施例提供一种网络数据交互方法,包括:网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令;服务器指令数据包放入网关先进先出队列QueueC;从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包。
优选地,在网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令之后,包括:服务器下行指令缓存在网关先进先出队列QueueA中;当网关接收到终端设备数据包上行后触发网关下行缓存服务器下行指令,终端设备上行业务数据到服务器;
当网关接收到终端数据包上行后没有触发网关下行缓存服务器下行指令,则终端设备重新发送数据包上行。
具体地,图1是根据本发明实施例提供一种网络数据交互方法的交互时序图,如图1所示,对于主动上行类的命令,首先从服务器下行指令开始,该指令缓存在网关先进先出队列QueueA中,等到终端设备有数据包上行后触发网关下行缓存的该指令,之后终端设备上行业务数据到服务器,如果上行失败,终端设备重发该指令,重试次数到后仍然失败则丢弃本次通讯。
实施例二
本发明实施例提供一种网络数据交互方法,包括:网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令;服务器指令数据包放入网关先进先出队列QueueC;从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包。
优选地,从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包,还包括:若所述下行数据包存在,则继续查询直到队列为空;若所述下行数据包不存在,则弹出所述下行数据包,发送所述下行数据包完成后设置接收超时等待机制。
优选地,若所述下行数据包不存在,则弹出所述下行数据包,发送所述下行数据包完成后设置接收超时等待机制,还包括:在设定的时间段内等待网关接收上行线程接收到ACK后发送的信号,用来终止当前接收超时等待;若网关接收上行线程接收到信息结束后本开始下一次重发,否则发送结束通讯ACK,继续查询队列QueueC的队列头。
优选地,所述信息包括如下任意之一:ACK后发送的信号、设定的时间段。
具体地,图2是根据本发明实施例提供另一种网络数据交互方法的交互时序图,如图2所示,对于网关下行的用户实时控制命令到终端设备时加入重发次数自适应控制机制和经过严格计算的应答超时等待时间,使用多线程线程间同步技术实现;接收终端设备上行数据包处理使用第一线程Thread_up,图3是本发明实施例中提供的一种网络数据交互方法的第一线程程序流程图;接收服务器下行指令使用第二线程Thread_down,图4是本发明实施例中提供的一种网络数据交互方法的第二线程程序流程图;指令数据包放入一个先进先出队列QueueC;下行数据包使用独立的第三线程Thread_jit,图5是本发明实施例中提供的一种网络数据交互方法的第三线程程序流程图;这个线程实现了从队列QueueC中获取队列头位置的数据包,若不存在继续查询直到队列非空,否则弹出该数据包执行下行操作,发送完成后设置接收超时等待机制(阻塞方式),使用linux 系统函数:int pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec*abstime) 实现,可以在设定的时间段内等待接收上行线程接收到ACK后发来的信号,用来终止当前接收超时等待,有信号发来或者时间到后结束本轮发送开始下一次重发,否则发送结束通讯ACK,结束本次通讯,继续查询队列QueueC的队列头,重复这个过程。
实施例三
本发明实施例提供一种网络数据交互系统,包括:网关、服务器、终端设备,所述网关与所述服务器之间使用网络传输协议TCP/IP,所述网关加入心跳机制;所述网关和终端设备之间使用LoRa扩频技术作为物理层传输技术;所述网关和所述终端设备之间链路层使用LoRaWAN协议结合多线程线程间同步技术实现。
优选地,所述网关和终端设备之间使用LoRa扩频技术作为物理层传输技术,还包括:LoRa扩频因子采用SF=7时信号传输速率最大。
优选地,所述网关和所述终端设备之间链路层使用LoRaWAN协议,还包括:第一线程,用于接收终端设备上行数据包处理;第二线程,用于接收服务器下行指令;第三线程,用于实现从队列QueueC中获取队列头位置的数据包;接收下行数据插入队列线程。
具体地,本发明实现了用户实时控制设备交互逻辑和主动上行类型设备交互逻辑,逻辑交互包含了服务器、网关、终端设备三者,其中有严格的交互时序和时间以及通讯次数。为了实现这个目的,对系统中网关和服务器之间使用了可靠的网路传输协议TCP/IP,同时为了保证网关在线状态,加入了心跳机制,周期性和服务器互动;网关和终端设备之间使用了LoRa扩频技术作为物理层传输技术,可以保证信号的稳定性和覆盖范围,扩频因子采用SF=7,在此值时信号传输速率最大;在链路层使用在标准LoRaWAN协议的基础上大量优化和加入新技术。
实施例四
本发明实施例提供一种网关,包括:微处理器单元、SX1278驱动程序、ETH驱动程序、LED驱动程序、UART驱动程序,其特征在于,所述第一线程、第二线程、第三线程、接收下行数据插入队列线程、应用程序接口、LoRaWAN组包。
优选地,所述应用程序接口,包括:LoRa收发接口、MQTT网络数据交互接口、状态指示灯控制接口。
具体地,图6是本发明实施例中提供的一种网关的框架示意图,如图6所示,网关由直流12V电源、网关控制器主板、MTK7688核心板、LoRa模块、以太网口、LED指示灯以及按键等组成,本系统以TCP/IP协议接入家庭局域网并与服务器联网通信。
MTK7688核心板:是联发科推出的一款主要应用场景是路由器、网关等的高性能平台,与之配套的开源Linux系统OpenWrt系统是一款针对路由器、网关定制的Linux发行版操作系统,对路由器、网关有较好的网络协议支持;
SX1278是一款采用扩频技术的LoRa无线芯片,与wifi、蓝牙、ZigBee的芯片相比,具有较高的抗干扰能力和较好的稳定性,传输距离远空旷距离达到15km;通过我司LoRa调度算法实现低延时高可靠性,响应速度明显优于其它无线技术。
Figure 430355DEST_PATH_IMAGE002
芯片采用SEMTECH公司的LoRa IP核授权厂商台湾群登科技有限公司封装生产的LoRa芯片S78F,该芯片集成度高,包括LoRa IP核心、前端射频电路,采用SPI总线通讯,比ASR6501产品集成度要高,稳定性更好,EMC性能较高,同时管脚数量较少,对开发人员来说可以快速布板,能够保证可靠的射频性能。
ETH是以太网接口,业界通用,性价比高;UART是异步串行通讯收发器,集成在MTK7688 CPU内部,性能稳定、代码移植性好;LED是发光二极管,特性是功耗低,主要用来指示系统运行状态,业界通用。

Claims (10)

1.一种网络数据交互方法及系统、网关
一种网络数据交互方法,其特征在于,包括:
网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令;
服务器指令数据包放入网关先进先出队列QueueC;
从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在网关接收终端设备上行数据包及服务器下行指令之后,包括:
服务器下行指令缓存在网关先进先出队列QueueA中;
当网关接收到终端设备数据包上行后触发网关下行缓存服务器下行指令,终端设备上行业务数据到服务器;
当网关接收到终端数据包上行后没有触发网关下行缓存服务器下行指令,则终端设备重新发送数据包上行。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,从先进先出队列QueueC中获取队列头位置的下行数据包,还包括:
若所述下行数据包存在,则继续查询直到队列为空;
若所述下行数据包不存在,则弹出所述下行数据包,发送所述下行数据包完成后设置接收超时等待机制。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,若所述下行数据包不存在,则弹出所述下行数据包,发送所述下行数据包完成后设置接收超时等待机制,还包括:
在设定的时间段内等待网关接收上行线程接收到ACK后发送的信号,用来终止当前接收超时等待;
若网关接收上行线程接收到信息结束后本开始下一次重发,否则发送结束通讯ACK,继续查询队列QueueC的队列头。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述信息包括如下任意之一:ACK后发送的信号、设定的时间段。
6.一种网络数据交互系统,其特征在于,包括:网关、服务器、终端设备,所述网关与所述服务器之间使用网络传输协议TCP/IP,所述网关加入心跳机制;所述网关和终端设备之间使用LoRa扩频技术作为物理层传输技术;所述网关和所述终端设备之间链路层使用LoRaWAN协议结合多线程线程间同步技术实现。
7.根据权利要求6所述的一种网络数据交互系统,其特征在于,所述网关和终端设备之间使用LoRa扩频技术作为物理层传输技术,还包括:LoRa扩频因子采用SF=7时信号传输速率最大。
8.根据权利要求6所述的一种网络数据交互系统,其特征在于,所述网关和所述终端设备之间链路层使用LoRaWAN协议,还包括:
第一线程,用于接收终端设备上行数据包处理;
第二线程,用于接收服务器下行指令;
第三线程,用于实现从队列QueueC中获取队列头位置的数据包;
接收下行数据插入队列线程。
9.一种网关,包括:微处理器单元、SX1278驱动程序、ETH驱动程序、LED驱动程序、UART驱动程序,其特征在于,所述第一线程、第二线程、第三线程、接收下行数据插入队列线程、应用程序接口、LoRaWAN组包。
10.根据权利要求9所述的一种网关,其特征在于,所述应用程序接口,包括:LoRa收发接口、MQTT网络数据交互接口、状态指示灯控制接口。
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